C8051F02X外部存儲(chǔ)器接口和I/O端口配置

    摘要：介紹美國(guó)Cygnal公司生產(chǎn)的C8051F02X系列單片機(jī)的外部存儲(chǔ)器接口、I/O端口配置方法和有關(guān)注意的問(wèn)題；在此基礎(chǔ)上列舉兩個(gè)關(guān)于EMIF、I/O的配置應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞：C8051F02X EMIF I/O 交叉開(kāi)關(guān)

美國(guó)Cygnal公司C8051F02X系列單片機(jī)是集成在一起芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)。該單片機(jī)具有32/64位數(shù)字I/O端口（引腳）、25MIPS高速流水線式8051微控制器內(nèi)核、64KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、64KB地址的外部存儲(chǔ)器接口、4352（4096+256）B片內(nèi)RAM、各自獨(dú)立的SPI、SMBUS/I2C和兩個(gè)UART串行接口等特點(diǎn)。其最突出的優(yōu)點(diǎn)就是，通過(guò)設(shè)置交叉開(kāi)關(guān)寄存器控制片內(nèi)數(shù)字資源映射到外部I/O引腳，這就允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用，選擇通用I/O端口和所需要數(shù)字資源。當(dāng)然，在設(shè)置數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)寄存器時(shí)，應(yīng)該首先考慮EMIF的配置問(wèn)題。其配置不同，將導(dǎo)致單片機(jī)通過(guò)不同的端口（低或高）訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器映像的I/O部件，以及數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)是否分配外部設(shè)備給P0.7(WR)、P0.6（RD）、P0.5（ALE）引腳。（如圖EMIF設(shè)置為多路器模式。）

1 EMIF和I/O配置方法

1.1 外部存儲(chǔ)器接口（EMIF）配置

C8051F02X系列MCU有4KB的RAM可以只映射在片內(nèi)，也可以映射在64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間，還可以同時(shí)映射到片內(nèi)和片外（4KB地址以內(nèi)在片內(nèi)存儲(chǔ)器空間訪問(wèn)，4KB以上經(jīng)過(guò)EMIF訪問(wèn)）三種方式。對(duì)于后兩種存儲(chǔ)器工作模式，需通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口使用MOVX和DPTR或MOVX和R0（R1）指令訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器映像的I/O設(shè)備。但是對(duì)于高8位地址，必須由外部存儲(chǔ)器接口寄存器（EMI0CN）提供；而EMIF可將外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口映射到低端口（P0～P3）（F020/2/3系列）或高端口（P4～P7）（F020/2系列），以及配置為復(fù)用模式或非復(fù)用模式等。配置外部存儲(chǔ)器接口的步驟下：

*設(shè)置EMIF為低端口或高端口；

*設(shè)置EMIF為復(fù)用模式或非復(fù)用模式；

*選擇存儲(chǔ)器模式（片內(nèi)方式、無(wú)塊選擇分片方式、帶塊選擇分片方式、片外方式）；

*設(shè)置片外存儲(chǔ)器或片外設(shè)備時(shí)基；

*選擇相關(guān)I/O端口（寄存器PnMOUT、P74OUT）的輸出模式。

外部存儲(chǔ)器接口（EMI）映射為低端口（P0～P3）即PRTSEL位（EMIOCH.5）置為0，如PRTSEL位置為1，EMI映射為高端口（P4～P7）（適用于P020/2系列）。此時(shí)如果EMIFLE位（XBR2.5）被設(shè)置為邏輯1，那么，數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)將不分配外部設(shè)備給P0.7（WR）、P0.6（RD）、P0.5（ALE）引腳（如果EMI設(shè)置為多中模式）；如果EMIFLE位設(shè)為0，那么P0.7、P0.6、P0.5引腳的功能將由交叉開(kāi)關(guān)寄存器或端口鎖存器來(lái)決定。外部存儲(chǔ)器接口只有執(zhí)行片外MOVX指令期間使用相關(guān)的端口引腳，一旦MOVX指令執(zhí)行完畢，端口鎖存器或交叉開(kāi)關(guān)寄存器又重新恢復(fù)對(duì)端口引腳的控制。

1.2 I/O端口配置

數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)譯碼器按照被使用設(shè)備的優(yōu)先權(quán)順序?qū)⒍丝赑0～P7的引腳分配給外部數(shù)字外設(shè)。端口引腳的分配是從P0.0開(kāi)始，沒(méi)有被使用的引腳可作為一般通用的I/O引腳，通過(guò)讀寫(xiě)相應(yīng)的端口數(shù)據(jù)寄存器訪問(wèn)。在數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)寄存器XBR0、XBR1、XBR2中將相應(yīng)的內(nèi)部數(shù)字資源使能位置1，數(shù)字資源就映射到I/O端口引腳。例如：將UART0EN位（XBR0.2）置為1，那么，TX0和RX0引腳被分別映射到P0.0和P0.1。因?yàn)閁ART0具有最高的優(yōu)先權(quán)，故在它的使能位置1時(shí)，TX0和RX0引腳總是被映射到P0.0和P0.1。如果一個(gè)數(shù)字外設(shè)的使能位沒(méi)有置1，它的端口的I/O引腳上是不能被訪問(wèn)的。數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)寄存器被正確配置以后，通過(guò)置XBARE（XBR2.4）位1來(lái)使能交叉開(kāi)關(guān)。在交叉開(kāi)關(guān)使能后。P0～P3（F020/1/2/3系列）或P0～P7（F020/2系列）輸出驅(qū)動(dòng)自動(dòng)被禁止，從而避免了交叉開(kāi)關(guān)寄存器和其它寄存器寫(xiě)入時(shí)在端口引腳上產(chǎn)生的沖突。注意：對(duì)于由交叉開(kāi)關(guān)分配的輸入引腳（如T0、INT0、RX0等），其輸出驅(qū)動(dòng)自動(dòng)被禁止，因此，端口數(shù)據(jù)寄存器和PnMDOUT寄存器的值對(duì)這些引腳的狀態(tài)沒(méi)有影響。

在給單片機(jī)內(nèi)部數(shù)字資源分配了相應(yīng)的I/O引腳后，還應(yīng)設(shè)置其輸出方式：推挽和漏極開(kāi)路。PnMDOUT寄存器各位決定P0～P7端口引腳的輸出方式，某一位置1，則該位為推挽輸出方式；置0，為漏極開(kāi)路輸出方式。PnMDOUT寄存器控制端口引腳的輸出方式，而與交叉開(kāi)關(guān)是否把端口引腳分配給數(shù)字外設(shè)無(wú)關(guān)。注意：對(duì)于由交叉開(kāi)關(guān)分配的輸入引腳（如：SDA、SCL、RX0、RX1等）自動(dòng)配置為漏極開(kāi)路方式，而與相應(yīng)的端口配置寄存器的設(shè)置無(wú)關(guān)。但對(duì)于一般的I/O引腳配置為輸入時(shí)，與這一引腳相關(guān)的PnMDOUT設(shè)置為漏極開(kāi)路，同時(shí)端口配置寄存器位必須清0。

盡管在C8051F021/3中P4、P5、P6和P7沒(méi)有對(duì)應(yīng)的引腳，但端口數(shù)據(jù)寄存器仍然存在，并可為軟件所用。由于數(shù)字輸入通路保持活動(dòng)狀態(tài)，所以建議不要將這些引腳處于“懸空”狀態(tài)，避免因輸入浮空為無(wú)效邏輯電平而導(dǎo)致不必要的功率消耗。下面的三種方法可以防止這種情況的發(fā)生：

①通過(guò)將WEAKPUD（XBR2.7）設(shè)置為邏輯0來(lái)使能弱上拉部件；

②通過(guò)寫(xiě)P74OUT=0xFF，將P4、P5、P6和P7的輸出方式配置為推挽方式；

③通過(guò)向端口數(shù)據(jù)寄存器寫(xiě)0，將P4、P5、P6和P7的輸出狀態(tài)強(qiáng)制為邏輯0，即P4=0x00、P5=0x00、P6=0x00、P7=0x00。

2 EMIF和I/O端口配置應(yīng)用

下面應(yīng)用基于C8051F021/3單片機(jī)，也適應(yīng)于C8051F020/2單片機(jī)。

*假設(shè)有一應(yīng)用需要配置UART0、SMBus、UART1、INT0和INT1（8位），存儲(chǔ)器的工作模式為片內(nèi)方式；另外，P1端口作為4×4鍵盤(pán)的接口，P2、P3口作為通用的I/O端口。該應(yīng)用的EMIF和I/O端口配置如下：

①設(shè)EMI的配置寄存器FMI0CF=0x00，因?yàn)楸緫?yīng)用無(wú)擴(kuò)展存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器映像的I/O設(shè)備，即存儲(chǔ)器工作模式為片內(nèi)方式；同時(shí)，將EMIFLE（XBR2.5）設(shè)置為0，這樣P0.7、P0.5的引腳將由交叉開(kāi)關(guān)寄存器或端口鎖存器來(lái)決定，不被交叉開(kāi)關(guān)跳過(guò)。

②按UART0EN=1、UART1EN=1、SMB0EN=1、INT0E=1、INT1E=1和EMIFLE=0，設(shè)置XBR0、XBR1、XBR2為XBR0=0x05、XBR1=0x14、XBR2=0x04。

③配置P1端口為數(shù)字輸入模式，即P1MDIN=0xFF；P1端口低四位為鍵盤(pán)輸出，高四位為輸入，即P1MDOUT=0x0FH（P1.0～P1.3為推挽方式，P1.4～P1.7為漏極開(kāi)路方式），P1|=0xF0。

④使能交叉開(kāi)關(guān)，即XBARE=1、XBR2=0x44。

因?yàn)镋MIFLE=0，交叉開(kāi)關(guān)譯碼器將不跳過(guò)P0.7、P0.6、P0.5引腳，所以按優(yōu)先極交叉開(kāi)關(guān)譯碼表進(jìn)行分配。UART0具有最高優(yōu)先極，故P0.0分配給TX0，P0.1分配給RX0；SMBus的SDA、SCL分別分配在P0.2、P0.3引腳；UART1的TX1、RX1分別分配在P0.4、P0.5引腳；INT0分配在P0.6引腳；INT1分配在P0.7引腳。

⑤設(shè)置UART0的TX0引腳（TX0、P0.0）、UART1的TX1引腳（TX1，P0.4）為推挽輸出方式，即P0MDOUT=0x11。RX0、SDA、SCL、RX1、INT0和INT1是由交叉開(kāi)關(guān)分配輸入的，因此與其端口配置寄存器的值無(wú)關(guān)。

⑥P2、P3作為一般I/O端口初始化為輸入狀態(tài)，即P2MDOUT=0x00、P2=0xFF和P3MDOUT=0x00、P3=0xFF。

引腳功能如表1所列。

表1

*設(shè)現(xiàn)有一應(yīng)用需要UART0、SMBus、UART1、INT0和INT1共8位。另外，存儲(chǔ)器工作方式為帶塊選擇的分片方式，EMIF為復(fù)用模式、低端口，并配置P1.2、P1.3、P1.4為模擬輸入模式，通過(guò)這三個(gè)引腳利用ADC1來(lái)測(cè)量輸入電壓。具體配置步驟如下：

①配置EMI為復(fù)用模式和工作在低端口，即PRTSEL=0，EMD2=0；存儲(chǔ)器模式為帶塊選擇的分片方式，即EMD1～0=10；ALE時(shí)基設(shè)為2個(gè)SYSCLK周期，即EALE1～0=01。

②按UART0EN=1、UART1EN=1、SYB0EN=1、INT0E=1、INT1E和EMIFLE=1，設(shè)置XBR0、XBR1、XBR2為XBR0=0x05、XBR1=0x14、XBR2=0x42。

③配置P1端口的P1.2、P1.3、P1.4為模擬輸入模式，這些引腳對(duì)應(yīng)的位在P1MDIN寄存器中置為0，即P1MDIN=0xE3。

④使能交叉開(kāi)關(guān)，即XBARE=1、XBR2=0x46。

UART0具有最高優(yōu)先權(quán)，故P0.0分配給TX0，P0.1分配給RX0；依次按照優(yōu)先極分配表，SMBus的SDA、SCL分配在P0.2、P0.3引腳；UART1的TX1、RX1分配在P0.4、P1.0引腳。因?yàn)镋MI工作在低端口且為復(fù)用模式，交叉開(kāi)關(guān)譯碼器將不分配內(nèi)部數(shù)字資源給P0.7(WR)、P0.6(RD)、P0.5(ALE)，所以，RX1按次序分配在P1.0引腳，INT0分配在P1.1引腳。由于P1.2、P1.3、P1.4被配置為模擬輸入，交叉開(kāi)關(guān)跳過(guò)這些引腳，故INT1分配在P1.5引腳。在執(zhí)行片外MOVX指令時(shí)，EMI將驅(qū)動(dòng)P2和P3端口。

⑤配置UART0的TX0引腳（TX0，P0.0）、UART1的TX1引腳（TX1，P0.4）、P0.7(WR)、P03.6(RD)、P0.5(ALE)為推挽輸出方式，即P0MDOUT=0xF1。

⑥配置EMIF的端口（P2、P3）輸出為推挽方式，即P2MDOUT=0xFF和P3MDOUT=0xFF。

⑦通過(guò)設(shè)置P1MDOUT=0x00(輸出為開(kāi)漏極)和P1=0xFF(P1為高阻狀態(tài))來(lái)禁止P1.2、P1.3、P1.4三個(gè)模擬輸入引腳的輸出驅(qū)動(dòng)器。

引腳功能如表2所列。

表2

3 總結(jié)

C8051F02X具有低功耗（3V工作電壓）、大容量存儲(chǔ)器、高速度、高集成度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、測(cè)量系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)。該單片機(jī)具有雙串行口，更適合于定位和報(bào)警系統(tǒng)的前端，從而提高移動(dòng)終端集成度和降低功耗。